1 Recebido para publicação em 26/04/01. Aceito para publicação em 11/09/01.
2 Universidade Estadual de Londrina. Depto. de Tecnologia de Alimentos, Caixa Postal 6001, CEP 86051-970, Londrina-PR. E-mail: victoria@uerj.br
* A quem a correspondência deve ser enviada.
RESUMO
Farinha de cará (Dioscorea alata) foi processada em extrusor mono-rosca, para a manufatura de “snacks”. Foi empregada a Metodologia de Superfície de Resposta para avaliar os efeitos da umidade (16, 20 e 24% ), temperatura (120, 150 e 180°C) e diâmetro da matriz (3, 4 e 5mm) nas características dos extrusados. A temperatura foi a variável mais importante, influenciando todas as propriedades estuda-das. O volume específico e o comprimento específico aumentaram quando a temperatura aumentou e a umidade e o diâmetro da matriz diminuíram, enquanto, ao mesmo tempo, fraturabilidade e dureza diminuíram. A expansão diminuiu, quando a temperatura aumentou de 120 para 180°C. Foram selecionadas duas condições experimentais que possibilitavam obter “snacks” com propriedades desejáveis (alto volume específico e baixa dureza e fraturabilidade) e os produtos foram avaliados por equipes sensoriais não treinadas. Estas apontaram que o melhor produto foi aquele extrusado com um teor de umidade de 17% , a 170°C, com uma matriz de 4mm de abertura. Este produto obteve um índice de aceitabilidade de 80% , quando avaliado por 140 consumidores.
Palavras-chave: cará; extrusão; farinhas; “snacks”.
1 – INTRODUÇÃO
As raízes e tubérculos pertencem à classe de ali-mentos que proporcionam, basicamente, energia na di-eta humana, em forma de carboidratos [15].
O processamento de carás (Dioscorea sp.), sob a for-ma de farinha, tem sido estudado por vários autores, como alternativa para redução das perdas associadas à pós-colheita [2, 12, 13, 20, 21, 24, 25, 26].
A farinha de cará apresenta maior conteúdo de pro-teínas e cinzas (6, 90 e 1,60%, respectivamente, de acor-do com ALVES [2]), quanacor-do comparada com a de man-dioca, que contém 1,20% de proteínas e 0,75% de cin-zas [12]. Os carboidratos são os componentes de maior abundância no material seco, representando aproxima-damente 25% do peso total do tubérculo, em base úmi-da, sendo a maior parte constituída por amido [2, 12]. O aroma e a coloração clara facilitariam a sua incorpo-ração em produtos alimentares.
A obtenção de um produto industrializado, com va-lor comercial, a partir do cará, pode ser condição prévia à exploração do potencial agroindustrial desta espécie. Estudos poderiam ser desenvolvidos objetivando a sua utilização na alimentação humana e animal, dada a necessidade crescente de alimentos com qualidade nu-tritiva para atender a demanda populacional.
PARÂMETROS DE EXTRUSÃO PARA PRODUÇÃO DE “SNACKS”
DE FARINHA DE CARÁ (
Dioscorea alata
)
1Rosa Maria Lima ALVES
2, Maria Victória Eiras GROSSMANN
2,*
SUMMARY
YAM FLOUR FOR EXPANDED SNACKS. Yam flour (Dioscorea alata) was processed in a single-screw extruder, for manufacturing snacks. Response Surface Methodology was employed to evaluate the effects of moisture (16, 20, 24% ), extruder temperature (120, 150, 180°C) and die diameter (3, 4, 5mm) on extrudates characteristics. Temperature was the most important variable, influencing all the studied properties. Specific volume and specific length increased when temperature increased and moisture and die diameter decreased, while at the same time, fracturability and strengthness decreased. Expansion decreased when temperature increased from 120 to 180°C. Two experimental conditions to obtain snacks with desirable properties (high specific volume and low strength and fracturability) were selected and the products were evaluated by non trained sensorial panels. These pointed out that the better snack was that extruded at 17% moisture, 170°C and 4mm die diameter. This snack obtained 80% acceptability when evaluated by 140 consumers.
Keywords: yam; extrusion; flours; snacks.
Uma possível aplicação para a farinha seria a sua utilização para a produção de “snacks”, aplicando a tec-nologia de extrusão. Estes produtos apresentam um grande mercado consumidor e possibilitam a agrega-ção de valor para farinhas de diferentes fontes.
O objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos da umidade da matéria-prima, da temperatura do extrusor e do diâmetro da matriz sobre os extrusados de farinha de cará, visando a produção de “snacks” expandidos.
2 – MATERIAL E MÉTODOS
2.1 – Material
A farinha de cará (Dioscorea alata) utilizada como matéria-prima foi obtida a partir de tubérculos frescos. Estes foram descascados, fatiados e depois secos em estufa com circulação de ar, a uma temperatura de 40-45°C, por aproximadamente 40 horas. O produto seco foi moído, primeiramente, em moinho de facas (modelo MR 340, Metalúrgica Roma, São Paulo) e, a seguir, em moinho de pinos (Alpine, Augsburg) equipado com pe-neira com abertura de 0,297mm. A farinha apresentou a seguinte composição: 88,71% de amido, 6,90% de pro-teínas, 0,25% de lipídios e 1,60% de cinzas.
Alimentícios Ltda., São Paulo, Brasil), gordura vegetal levemente hidrogenada (Santista Alimentos S.A., São Paulo, Brasil) e sal refinado.
2.2 – Condições de extrusão
O processamento foi realizado em extrusor de labo-ratório CEREALTEC (Campinas, Brasil), modelo CT-L5, com rosca sem fim única, com 52,5cm de comprimen-to, 1,61cm de diâmetro e taxa de compressão 3:1.
Durante o processamento, foram mantidas fixas a temperatura na zona de alimentação, em 80°C, a rota-ção da rosca sem fim, em 150rpm e a vazão de alimen-tação, em 90g/min. As temperaturas da zona de aque-cimento e do cabeçote foram iguais entre si e variaram conforme o delineamento estatístico. Os extrusados fo-ram coletados após o processo atingir o seu equilíbrio, determinado pela estabilidade da amperagem no apa-relho.
Após a extrusão, os produtos foram cortados (5cm de comprimento) e secos em estufa com circulação de ar, a 100–120°C, por 15 minutos, para reduzir o con-teúdo de umidade até valores inferiores a 3% [10]. A seguir, foram resfriados em dessecadores até atingirem a temperatura ambiente e acondicionados em sacos de polipropileno biorientado metalizados, os quais foram selados e mantidos ao abrigo do calor, até a realização das análises.
2.3 – Índice de expansão, comprimento específico e volume específico
O índice de expansão foi calculado pela razão entre o diâmetro do extrusado e o diâmetro da matriz [30]. O comprimento específico foi obtido pela razão entre o com-primento em milímetros e o peso, em gramas [1]. O vo-lume específico foi calculado pela razão entre o vovo-lume e o peso do extrusado. O volume foi determinado pelo deslocamento de água, após o recobrimento da amos-tra com uma fina camada de parafina [19]. Para cada propriedade foram avaliadas 10 amostras de cada en-saio, tomadas aleatoriamente.
2.4 – Textura – fraturabilidade e dureza
Foi utilizado um analisador de textura TA.TX2 (Texture Techologies Corp., Scarsdale, NY) e o software XTRAD para a análise dos dados. Amostras de tama-nho similar foram uniaxialmente cortadas com probe tipo faca, com velocidade de 5,00mm/s; 20,0mm de dis-tância; limiar de força de 20gf e limiar de distância de 0,5mm, registrando-se a dureza e a fraturabilidade.
A fraturabilidade correspondeu à altura do primei-ro pico significativo, no primeiprimei-ro ciclo de compressão, e a dureza ao pico máximo, também no primeiro ciclo de compressão [6). Os resultados foram médias de 15 amos-tras tomadas aleatoriamente.
2.5 – Avaliação sensorial
Para a avaliação sensorial dos “snacks” foram sele-cionadas (por sobreposição de gráficos) duas condições
experimentais que propiciaram as melhores respostas para as características de alto volume específico e bai-xos valores de fraturabilidade e dureza. Essas condi-ções foram: 16% de umidade; 170°C e matriz de 4mm e 17% de umidade, 170°C e matriz de 4mm. Após a seca-gem, as amostras foram aromatizadas com: 1,8% (p/p) de aroma de bacon, 10% (p/p) de gordura vegetal leve-mente hidrogenada e 2% de sal (p/p). Embalagens de polipropileno biorientado metalizados contendo 5 mos-tras com aproximadamente 5cm de comprimento foram seladas e mantidas ao abrigo do calor, até a realização dos testes sensoriais. Os testes foram iniciados no quinto dia após a elaboração e finalizados num prazo máximo de 20 dias.
O grau de aceitação dos “snacks” foi avaliado utili-zando-se teste afetivo [29], sendo que 140 consumido-res potenciais do produto, avaliaram de forma monocá-dica, o quanto gostaram ou desgostaram de cada amos-tra extrusada, utilizando escala hedônica estruturada de sete pontos. Os provadores, não treinados, de am-bos os sexos, foram selecionados em função de consu-mirem “snacks”, disponibilidade e interesse em partici-par do teste, sendo que metade destes eram adultos, na faixa etária de 17 a 50 anos, e a outra metade crianças com 8 a 10 anos de idade.
A amostra melhor pontuada foi submetida à teste de atitude em relação ao produto, utilizando uma esca-la de 9 pontos, realizado com 120 consumidores poten-ciais, em um supermercado local, sem restrições ao fato de consumirem ou não produtos deste tipo, idade ou sexo.
Foi realizada análise de variância para detectar di-ferenças significativas entre as amostras e qual a mais aceita pelo consumidor.
2.6 – Delineamento estatístico para a extrusão
O ensaio de extrusão foi conduzido conforme deli-neamento fatorial (33) incompleto [7] com níveis
eqüi-distantes de 3 variáveis independentes em 3 níveis de variação: teor de umidade (16, 20 e 24%), temperatura do extrusor (120, 150 e 180°C) e diâmetro da matriz (3, 4 e 5mm), conforme a Tabela 1. Os níveis das variáveis foram codificados como –1, 0, +1, para a realização das análises estatísticas. As faixas entre o limite inferior e o superior, para cada variável, foram determinadas por testes preliminares, onde também se avaliou a rotação da rosca sem fim. Foi constatado que a influência desta última não foi significativa (p < 0,05).
TABELA 1. Delineamento experimental para os ensaios de extrusão
3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 – Características físicas dos extrusados
Na Tabela 1, são apresentados os coeficientes dos modelos de regressão e a análise de variância (ANOVA) para cada variável resposta, obtidos a partir dos resul-tados experimentais.
TABELA 2. Coeficientes de regressão e análise de variância (ANOVA) dos modelosa matemáticos das variáveis resposta.
a Y = β
0 + β1x1 + β2x2 + β3x3 + β11x12 + β22x22 + β33x32 + β12x1x2 + β13x1x3 + β23x2x3 + e, onde
x1 = umidade, x2 = temperatura e x3 = diâmetro da matriz.
Y1= expansão; Y2 = comprimento específico; Y3= volume específico; Y4= textura-
fratu-rabilidade; Y5= textura- dureza;
*, ** = significativos a p ≤ 0, 05, p ≤ 0, 01, respectivamente.
De acordo com a ANOVA (Tabela 2), os modelos apresentaram coeficiente de determinação (R2) maior
que 0, 95 e falta de ajuste não significativa. Os coefici-entes de variação para comprimento específico (19,64%) e para fraturabilidade (17,16%) foram um pouco ele-vados, o que no último caso se atribui à textura hete-rogênea do produto e à alta sensibilidade do equipa-mento usado para as medidas. Os efeitos lineares da umidade, temperatura e do diâmetro da matriz influ-enciaram significativamente as respostas, exceto umi-dade no caso do comprimento específico e diâmetro da matriz na fraturabilidade. Todos os efeitos quadráticos afetaram a dureza e os da temperatura e da umidade influenciaram a fraturabilidade e o volume específico, respectivamente.
Os diagramas de superfície apresentados na Figura 1, elaborados a partir do modelo de regressão, estabele-cem a variação da expansão em função do teor de umi-dade e temperatura, mantendo-se o diâmetro da matriz fixo no nível -1 (3mm). A expansão aumentou quando se trabalhou com valores baixos de umidade e de tem-peratura. A maior resposta obtida experimentalmente (3,66), foi encontrada em níveis de umidade -1 (16%), 0 de temperatura (150°C) e –1 (3mm) de diâmetro da matriz. De acordo com o modelo, quando a combinação das variáveis for (-1), (-1) e (-1), para umidade, tempe-ratura e matriz, respectivamente, a resposta será ainda maior (3,78).
FIGURA 1. Efeito da umidade da matéria-prima e da tempera-tura de extrusão na expansão dos “snacks”, estando a ma-triz fixa no nível –1 (3mm).
O efeito da umidade na expansão já foi verificado por outros autores [14, 17], bem como o da temperatu-ra [13]. Com relação à matriz, quanto menor for seu diâmetro, maior é a resistência que impõe à saída do produto, criando maior pressão na região imediatamente anterior a ela, fazendo com que o efeito da descompres-são seja mais acentuado. Conseqüentemente, maior será a evaporação e a expansão. GUJSKA & KHAN [18] suge-riram que o grau de expansão afeta a densidade, a fra-gilidade e a textura dos produtos extrusados. Logo, o
Respostas
Coeficiente Y1 Y2 Y3 Y4 Y5
β0 2,20 54,26 2,73 1762,42 4644,22
Linear β1 -0,48** -6,39 -1,53** 675,18** 699,92**
β2 -0,52** 38,04** 0,48* -993,17** -1968,39**
β3 -0,29* -18,60* -0,42* -81,08 838,42**
Quadrático β11 0,22 1,13 0,85** -241,51 -712,53**
β22 -0,21 14,88 -0,07 940,81** 442,38*
β33 0,17 -1,08 0,42 -342,41 -420,96*
Interação β12 0,11 -9,83 -0,05 -361,25 -300,80
β13 0,11 1,21 0,35 116,84 -91,10
β23 0,12 -13,67 0,01 675,24* 76,71
R2 0,9530 0,9600 0,9861 0,9764 0,9964
Signif. do modelo (P) 0,0244 0,0180 0,0023 0,0065 0,0002
Coef. de variação (%) 10,26 19,64 8,86 17,16 4,73
Signif. falta de ajuste (P) 0,0733 0,0708 0,0712 0,0608 0,1231 Ensaio Variáveis codificadas Variáveis reais
x1 x2 x3 x1 x2 x3
1 -1 -1 0 16 120 4
2 1 -1 0 24 120 4
3 -1 1 0 16 180 4
4 1 1 0 24 180 4
5 -1 0 -1 16 150 3
6 1 0 -1 24 150 3
7 -1 0 1 16 150 5
8 1 0 1 24 150 5
9 0 -1 -1 20 120 3
10 0 1 -1 20 180 3
11 0 -1 1 20 120 5
12 0 1 1 20 180 5
13 0 0 0 20 150 4
14 0 0 0 20 150 4
15 0 0 0 20 150 4
Temperatura Expansão
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1
0
-1
Umidade 1
0
-1
[4], trabalhando com farinha de feijão, constataram que a densidade foi influenciada significativamente pela umi-dade e temperatura e que decresceu, com aumentos de temperatura, para materiais com teor de 18 e 20% de umidade. BRADIE & MELLOWES [8] também observa-ram que a umidade foi significativa na densidade dos extrusados de farinha de mandioca.
FIGURA 3. Efeito da umidade da matéria-prima e da tempera-tura de extrusão no volume específico dos “snacks”. Matriz fixa no nível –1 (3mm).
Expansão e volume são relacionados com a gelatinização do amido. um aumento na gelatinização aumenta a expansão e diminui a densidade [5, 11].
ALVES, GROSSMAN, SILVA [3], ao extrusar amido de cará, a 180°C, 18% de umidade e 4mm de diâmetro de matriz, obteve produto com maior volume específico (5,94mL/g), quando comparado com o valor calculado para a farinha de cará (2,87mL/g), nessas mesmas con-dições. Isto significa que a presença de outros compo-nentes na farinha (proteínas, principalmente) diminuiu a capacidade de expansão.
Observa-se, pelo gráfico de superfície (Figura 4) que, com o decréscimo do teor de umidade e aumento da temperatura, houve um decréscimo nos valores de fra-turabilidade.
FIGURA 4. Variação da fraturabilidade dos “snacks” em função da umidade da matéria-prima e da temperatura de extrusão, com a matriz fixa no nível 0 (4mm).
grau de expansão é um fator importante a ser monito-rado na produção de “snacks”.
A Figura 2 mostra que, em condições de alta tempe-ratura e menor diâmetro de matriz, houve aumento nos valores de comprimento específico. Os maiores valores para comprimento específico (133,36mm/g na amostra 3 e 139,93mm/g na amostra 10) foram obtidos em con-dições de baixas umidades e diâmetro de matriz, com alta temperatura.
O comprimento específico correlaciona o comprimen-to do extrusado com sua massa. É uma maneira de ex-pressar a expansão axial. ALVAREZ-MARTINEZ KONDURY, HARPER [1] observaram que a temperatura da massa fundida afetou significativamente o compri-mento específico. Com o aucompri-mento da temperatura hou-ve um aumento da resposta. Estes autores, assim como também LAUNAY & LISCH [22], encontraram uma cor-relação negativa entre a expansão axial e a radial, fato também observado neste trabalho, embora esta corre-lação tenha sido baixa (r= – 0, 33).
FIGURA 2. Comprimento específico dos “snacks” em função da temperatura de extrusão e do diâmetro da matriz, com a umidade fixada no nível –1 (16%)
Produtos com maior volume específico e, portanto, menor densidade, foram obtidos em amostras proces-sadas em níveis menores de umidade e mais elevados de temperatura (Figura 3). O maior valor calculado (6,32mL/g), correspondente ao processamento com umi-dade de 16%, temperatura de 170°C e matriz de 3mm, foi menor que o valor médio (8,72mL/g) encontrado em “snacks” comerciais de milho (dados não publicados).
Com temperaturas mais elevadas, embora tenha ocorrido um decréscimo na expansão (Figura 1), o volu-me específico auvolu-mentou (Figura 3). Isto foi conseqüên-cia do aumento na expansão axial (Figura 2), já que foi verificada uma correlação positiva (r= 0,49) entre esta e o volume específico.
O volume específico dá uma idéia da porosidade do produto e depende, basicamente, das propriedades de viscosidade e elasticidade da massa fundida [22]. É uma medida da expansão volumétrica, que é a soma das ex-pansões radial e axial. BALANDRÁN-QUINTANA et al.
C
omprimento específico
(mm/g) 160
140 120
100
80 60
40
20
Matriz = -1
Umidade= -1
BRADIE & MELLOWES [9], estudando a textura e microestrutura de extrusados de farinha de mandioca, também observaram que a umidade e a temperatura foram variáveis significativas para a fraturabilidade. Os valores diminuíram quando a umidade diminuiu de 15 para 11% (b.s.) e a temperatura aumentou de 100-105° para 120-125°C.
O que se deseja em “snacks” com boas característi-cas de textura, é que os valores de fraturabilidade não sejam elevados. MENDONÇA, KARAN, GROSSMANN [23], estudando as propriedades de textura em “snacks” comerciais de milho, encontraram o valor médio para fraturabilidade de 52,70g.f.
Os valores obtidos neste trabalho são superiores a 600g.f. Para condições de processamento com valores baixos de umidade e diâmetro da matriz e de médio a alto para temperatura, a fraturabilidade teve valores compreendidos entre 660 e 1000g.f.
A dureza é um dos fatores que determina a aceita-bilidade do alimento pelo consumidor [5] e, assim como a fraturabilidade, é desejável que seus valores sejam baixos. Porém, para estas propriedades de textura, não há definição da faixa de valores aceitáveis para “snacks” [23].
Através da Figura 5, observa-se que, com o decrés-cimo do teor de umidade e um aumento na temperatu-ra, tem-se valores de dureza menores. Comparando os resultados para diferentes tamanhos de matriz (gráfico não apresentado), observou-se que, com o aumento des-tes, ocorreu aumento nos valores de dureza em todas as condições experimentais. Em condições de tempera-tura elevada e, independente da umidade, as diferen-ças entre os valores obtidos com diferentes matrizes foi maior.
As farinhas extrusadas com baixo teor de umidade em condições de alta temperatura de processamento e com menor diâmetro de matriz apresentaram valores de dureza que estão dentro da faixa (757,43 a 1210,17g.f.) dos obtidos por MENDONÇA, KARAN, GROSSMANN [23] para “snacks” comerciais de milho.
FIGURA 5. Efeito da umidade da matéria-prima e da tempera-tura de extrusão na dureza dos “snacks”. Matriz fixa em 0 (4mm).
Assim, as melhores condições para a obtenção de extrusados com baixa dureza e baixos valores de fratu-rabilidade foram: baixa umidade, alta temperatura e menor diâmetro de matriz. Estes parâmetros estão em concordância com aqueles necessários para obter um volume específico elevado, considerado uma caracterís-tica física decisiva na qualidade de “snacks”.
BRADIE & MELLOWES [9], trabalhando com extru-sados de farinha de mandioca, observaram que a umi-dade e a temperatura foram significativas para a dure-za. Verificaram que, com o aumento da umidade, até 15%, obteve-se um aumento da dureza, e que com o aumento da temperatura, os valores diminuiram. En-contraram uma correlação positiva entre fraturabilida-de e dureza, que também foi verificada neste trabalho (r= 0,77).
Para GAINES, KASSUBA, FINNEY [16], a textura é um elemento importante na qualidade, afetando direta-mente a aceitabilidade dos consumidores e as vendas. Desta forma, as diferenças com relação à força de que-bra encontradas neste trabalho, sugerem produtos com diferentes níveis de crocância e qualidade.
3.2 – Seleção das melhores condições experimen-tais
Pela sobreposição dos gráficos referentes às caracte-rísticas de volume específico, dureza e fraturabilidade, verificou-se que as condições experimentais em que es-sas respostas alcançavam seus valores mais recomen-dados para “snacks”, eram as de maior temperatura, menor umidade e menor diâmetro de matriz. Embora os resultados apontassem a matriz de 3mm como a mais adequada, não foi possível utilizá-la em combinação com a umidade e temperatura recomendadas, devido a limi-tações operacionais do extrusor. Assim, selecionou-se duas condições experimentais, com baixa umidade (16 e 17%), alta temperatura do extrusor (170°C) e com matriz de 4mm, uma vez que, de acordo com os resulta-dos, esse deslocamento na região experimental afeta apenas levemente as características citadas anterior-mente.
3.3 – Avaliação sensorial
Na avaliação feita pelos adultos (Tabela 3), as amos-tras A e B diferiram significativamente quanto à prefe-rência, sendo que a A foi a que obteve melhor nota (5,77). Já entre as crianças, não foram identificadas diferen-ças entre as amostras, que foram consideradas boas para consumo.
A amostra A, que obteve a melhor pontuação entre os adultos (5,77), foi utilizada no teste de atitude em relação a um produto, obtendo uma pontuação média de 7,2, em uma escala de 9 pontos, representando, assim, 80% de aceitação, considerando-se a nota má-xima (9,0) do teste como 100%. As condições de pro-cessamento dessa amostra são, então, as recomenda-das para a produção de “snacks” a partir da farinha de cará.
TABELA 3. Condições experimentais na extrusão e resultado do teste sensorial para avaliação de preferência.
a Rotação da rosca sem fim fixada em 150rpm b Escala de 9 pontos
c Média de provadores – crianças d Média de provadores – adultos
c d Letras maiúsculas diferentes, na mesma coluna, indicamdiferença significativa,
ao nível de 5%, pelo teste de Tukey
4 – CONCLUSÕES
A extrusão de farinha de cará possibilita a produ-ção de “snacks” com diferentes características com re-lação à expansão, comprimento e volume específicos, dureza e fraturabilidade. Na região experimental estu-dada, as condições operacionais mais recomendadas para obter produtos com boas características físicas e sensoriais foram: baixa umidade (17%), alta tempera-tura (170°C) e diâmetro de matriz de 4mm, com rotação do parafuso de 150rpm.
Os resultados demonstraram que esses “snacks” têm características desejadas pelos consumidores e poten-cial para futura comerpoten-cialização.
5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Condições de extrusãoa Notas b, c, d
Amostra Umidade
(%)
Temperatura
(º C)
Diâmetro da matriz
(mm) Crianças Adultos
A 17 170 4 6,97 A 5,77 A
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